Усиление оснований фундаментов —
Главной особенностью работ по усилению оснований реконструируемых зданий является то, что само здание с фундаментами уже существует, поэтому целый ряд мероприятий, связанных с передачей значительных динамических нагрузок при выполнении работ или требующих наличия свободного пространства, например уплотнение поверхностными и глубинными взрывами, тяжелыми трамбовками и т. д., в данном случае является неприемлемым.
В условиях функционирующего объекта закрепление грунтов оснований является одним из наиболее перспективных методов усиления оснований и фундаментов. При производстве этих работ не требуется вскрытия фундаментов и сводятся к минимуму осложнения в эксплуатации здания при проведении работ по укреплению грунтов.
Эффективность метода закрепления грунтов оснований фундаментов и выбор рационального способа закрепления грунтов зависят от геологических, гидрогеологических условий площадки, вида и физико-химических свойств грунтов, конструкции фундаментов, технологических условий и назначения данного здания или сооружения, энерговооруженности строительной организации и т. п. В зависимости от этих факторов применяют тот или иной способ закрепления грунтов основания фундаментов.
Работы по закреплению оснований фундаментов на реконструируемом предприятии необходимо выполнять только в соответствии с разработанным проектом производства работ (ППР). ППР должен разрабатываться на основе утвержденного проекта усиления конструкций, включающего заключение о техническом состоянии фундаментов, гидрогеологических условиях площадки, видах и физико-химических свойствах грунтов оснований фундаментов. При разработке ППР определяют возможные пути доставки в рабочую зону оборудования, приспособлений, материалов, способы зашиты оборудования от повреждения в процессе производства работ, источники энергоснабжения, места и способы их подключения, указывают мероприятия по безопасному ведению работ в условиях действующего предприятия. Особое внимание следует уделить разделу «Последовательность (очередность) и сроки производства работ». В состав ППР должна входить техническая документация на индивидуальное оборудование, приспособления, на технологические карты на усиление оснований под характерные фундаменты и др.
При разработке ППР следует предусматривать выполнение подготовительных работ: разрушение и удаление бетонной подготовки под полы в местах бурения разведочных скважин (при необходимости — скважин под инъекторы) и в местах забивки инъекторов.
В качестве критерия оценки сравниваемых вариантов усиления оснований и фундаментов принимают следующие показатели (в порядке предпочтения): продолжительность работ, приведенные удельные затраты, трудоемкость, стоимость и др.
Перед осуществлением работ по закреплению грунтов оснований фундаментов необходимо определять несущую способность грунта основания каждого фундамента и гидрогеологические условия залегания грунтов на участке производства работ.
Плотность и влажность грунта оперативно определяют с помощью глубинных радиоизотопных приборов (плотномеров и влагомеров), которые дают оперативную информацию.
При реконструкции зданий и сооружений применяют следующие способы закрепления грунтов основания фундаментов: одно- и двух растворную силикатизацию, электро- и газо- силикатизацию, термическое закрепление, смолизацию и др.
Сущность способов силикатизации и смолизации заключается в том, что в грунт нагнетают специальные химические растворы, газы, в результате чего грунт приобретает прочность и водостойкость (рис. 4.23).
В качестве химических растворов используют водные растворы силиката натрия (жидкого стекла) плотностью 1,35-1,44 г/см и раствор хлористого кальция плотностью 1,26-г 1,28 г/см3, что соответствует 28-г 30 % безводного раствора.
Растворы нагнетают через забитые в грунт инъекторы, представляющие собой толстостенные металлические трубы диаметром 18-г 38 мм с толщиной стенок не менее 5 мм.
Инъекторы забивают в грунт пневматическими молотками СМ-506, С-358 или ПЛ-1, их масса соответственно 19; 17,8 и 31,8 кг. Использование пневматических молотков дает возможность обойтись без громоздкого копрового оборудования, что особенно удобно при работе в стесненных условиях существующих сооружений. В грунт растворы нагнетают плунжерными насосами ПС-4Б, НС-3, НД и др. Могут быть использованы растворонасосы и пневматические установки, представляющие собой цилиндрическую емкость, рассчитанную на давление до 0,8 МПа.
Двухрастворную силикатизацию применяют для закрепления средне- и крупнозернистых песков. Недостатком двух растворного способа закрепления песков является нагнетание каждого раствора отдельным насосом. Мелкие и пылеватые пески с коэффициентом фильтрации от 0,5 до 5 м/сут закрепляют сложными растворами (однорастворный способ).
Сущность закрепления грунтов основания карбамидными смолами заключается в нагнетании в грунт через инъекторы гелеобразующего раствора, полученного путем смешения 25%-ного водного раствора карбамидной смолы с 2—5 %-ным раствором соляной кислоты.
Кармабидную смолу рекомендуется применять для закрепления песчаных грунтов, имеющих коэффициент фильтрации 0,25г 4 м/сут при содержании в грунте глинистых частиц не более 3% и pH водной вытяжки менее 7,5%. Прочность закрепленных грунтов в зависимости от концентрации раствора и используемого отвердителя составляет 1 -ь18 МПа.
Однорастворный способ силикатизации сложными растворами придает грунту незначительную прочность (0,2-0,5 МПа), поэтому для закрепления грунтов под фундаменты он не нашел широкого применения. Более прогрессивный однорастворный способ силикатизации грунтов с кремнефтористоводородной кислотой, позволяющий закреплять грунты, имеющие коэффициент фильтрации от 0.3 м/сут. и выше, т. е. мелкозернистые пылеватые пески.
Предел прочности закрепленных песков достигает 1 н-4 МПа.
Лессовые грунты в основании существующих зданий закрепляют химическим способом или термической обработкой (обжигом) основания.
Способ химического закрепления лессовых грунтов основан на свойстве силиката натрия (жидкого стекла), обладающего малой вязкостью, хорошо проникать в грунт с развитой сетью макро- и микрокапилляров. Роль второго коагулянта силикатного раствора в данном случае выполняет сам грунт, главным образом его водорастворимые сернокислые соединения кальция и магния. Прочность закрепленного лесса 0,6-е-1 МПа.
Однорастворной силикатизацией закрепляют сухие и маловлажные лессы и лессовидные грунты со степенью влажности до 0,6. При силикатизации плотность раствора силиката натрия должна быть 1,1 ч- 1,2 кг/см3. Определяют ее опытным путем в лаборатории. В зависимости от гранулометрического состава и химических свойств некоторые лессовидные грунты закрепляют только газосиликатизацией. В этом случае нагнетают углекислый газ, затем раствор силиката натрия и опять углекислый газ (С02).
Силикатизацией можно закреплять обычные супеси и суглинки, водонасышенные лессовидные грунты, а также супеси, суглинки и глины со степенью влажности более 0,6. Рецептуру закрепления подбирают в лаборатории.
Сущность электросиликатизации заключается в нагнетании раствора силиката натрия через забитые в грунт инъекторы с одновременным воздействием постоянного электрического тока, благодаря чему коэффициент фильтрации грунта увеличивается в 4 ч-25 раз.
Электросиликатизация применима в грунтах с коэффициентом фильтрации от 0,2 до 0,005 м/сут.
Грунты, закрепленные методом электросиликатизации, приобретают не только прочность, но и водостойкость, например, образцы грунта, пролежавшие в воде 50 сут, полностью сохранили свою первоначальную форму и были удалены из воды без каких-либо признаков разрушения.
Термическое закрепление (обжиг) лессовых грунтов заключается в сжигании жидкого или газообразного топлива в ранее пробуренной скважине, герметически закрытой сверху. В устье скважины вставляют форсунку, через которую подают горючее и воздух под давлением 0,015ч-0,05 МПа. Поступающий воздух поддерживает горение. В скважинах постоянно поддерживается температура 800 ч- 1000 °С, не доходящая до границы температуры плавления грунта. Горячий воздух проникает через грунт и обжигает его. Грунт становится водостойким и прочность его повышается до 2 МПа.
К недостаткам способа следует отнести длительность непрерывного процесса обжига (до 2 ч-12 сут) и отрицательное влияние высоких температур на подземные конструкции и коммуникации.
В табл. 4.1 приведены некоторые способы закрепления лессовых грунтов в условиях действующего предприятия и границы их применения.
Выбор того или иного способа закрепления грунта зависит, с одной стороны, от физических и химических констант самого грунта, а с другой стороны — от необходимой степени его упрочнения и условий производства. Поэтому прежде всего следует классифицировать грунт, определить гранулометрический состав и найти коэффициент фильтрации. Затем необходимо подсчитать нагрузки, которые будут передаваться на грунт основания, и установить, какая требуется несущая способность грунта, а также, по возможности, какую несущую способность он имеет в момент обследования. В табл. 4.2 даны рекомендации по выбору и применению рационального способа закрепления оснований.
Укрепление грунтов в основании существующих зданий и сооружений позволяет передать на грунты возрастающие при реконструкции нагрузки без производства земляных работ, замены или усиления существующих фундаментов.
